Tóm tắt
GMCC đã phát triển thành công siêu tụ điện 5000F cải tiến với mật độ năng lượng cao hơn (＞10 Wh/kg) ở kích thước tiêu chuẩn 60138, có thể cung cấp mật độ công suất cao, sạc và xả gần như tức thời, độ tin cậy cao, khả năng chịu nhiệt độ khắc nghiệt và tuổi thọ hơn 1.000.000 chu kỳ sạc-xả. Pin GMCC 5000F có thể tăng cường đáng kể khả năng hỗ trợ quán tính và khả năng điều chế tần số sơ cấp cho lưới điện, và cải thiện hiệu suất của các thiết bị trong mạng lưới. Đồng thời, pin GMCC 5000F có thể đáp ứng nhu cầu khởi động lạnh ở nhiệt độ thấp, hỗ trợ nguồn điện, thu hồi năng lượng, cung cấp điện áp thấp điều khiển bằng dây dẫn cho ô tô và các ứng dụng điện khác.
Giới thiệu
Siêu tụ điệnSiêu tụ điện, với vai trò là nguồn năng lượng có độ tin cậy cao, cung cấp dòng điện lớn trong thời gian ngắn, đang thu hút sự chú ý ngày càng tăng hiện nay. Cùng với quá trình điện khí hóa toàn cầu ngày càng tăng, những nỗ lực to lớn đã được thực hiện để cải thiện mật độ năng lượng và công suất, chất lượng, độ an toàn và giảm chi phí của các thiết bị lưu trữ năng lượng. Siêu tụ điện ngày càng được chấp nhận rộng rãi như các hệ thống lưu trữ năng lượng, cho phép ứng dụng trong ngành ô tô như hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS), hệ thống treo và thanh chống lật cải tiến, hệ thống phanh khẩn cấp tiên tiến (AEBS), v.v. Trong tương lai gần, trước sự kết nối lưới điện quy mô lớn của các nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, dự kiến siêu tụ điện sẽ thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng trong các hệ thống điện mới, chẳng hạn như điều chế tần số lưới điện.
Hình 1. Pin EDLC GMCC 2.7V 5000F
Công nghệ siêu tụ điện 5000F
Hiện nay, điện dung tối đa của pin trong ngành công nghiệp siêu tụ điện chỉ đạt 3000F, và do diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính ở điện cực dương và âm chưa được tận dụng hiệu quả, nên tỷ lệ sử dụng hiệu quả hiện tại chỉ khoảng 10%. Để vượt qua nút thắt và hạn chế về mật độ năng lượng của siêu tụ điện, cần phải có những đổi mới và điều chỉnh cơ bản từ cấu trúc vật liệu, giao diện rắn-lỏng và hệ thống điện hóa.
GMCC đã thực hiện tối ưu hóa kỹ thuật toàn diện đa chiều, bao gồm quy mô phân tử/ion, quy mô cấu trúc vi mô và nano của vật liệu, quy mô giao diện rắn-lỏng vi mô của vật liệu, quy mô hạt vật liệu, phát triển hệ thống điện hóa dung lượng cao, thiết kế cấu trúc tế bào, v.v. Trước tiên, cấu trúc lỗ xốp và đặc tính bề mặt của vật liệu carbon đã được phân tích và tối ưu hóa sâu sắc, và vật liệu carbon được thiết kế đặc biệt với cấu trúc lỗ xốp phân cấp xuyên thấu (lỗ siêu nhỏ, lỗ trung bình và lỗ lớn không bị cản trở lẫn nhau). Thứ hai, các chỉ số quan trọng như kích thước ion, hoạt tính ion, hiệu ứng solvat hóa, độ nhớt của chất điện giải đã được xem xét toàn diện. Dựa trên nghiên cứu về sự phù hợp của giao diện rắn-lỏng vật liệu/chất điện giải, diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được tận dụng tối đa, và lượng cũng như khả năng hấp phụ điện tích trên bề mặt được cải thiện đáng kể. Thứ ba, màng ngăn đặc biệt được làm bằng vật liệu sợi composite, có đặc điểm là độ bền cao, độ xốp cao và khả năng hấp thụ chất lỏng cao. Tiếp theo, quy trình điện cực khô không gây ô nhiễm được áp dụng để cải thiện đáng kể mật độ nén của điện cực. Đồng thời, nó cũng giúp pin có khả năng chống rung và tuổi thọ tốt hơn, và quy trình tạo sợi kết dính bám dính và quấn quanh bề mặt các hạt vật liệu để tạo thành cấu trúc "lồng", tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp thụ chất điện giải và truyền ion. Cuối cùng, GMCC áp dụng công nghệ hàn laser toàn bộ bằng các tab, và pin thu được là một cấu trúc liên kết cứng luyện kim với điện trở tiếp xúc thấp và khả năng chống rung tuyệt vời, đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn AECQ200 cấp ô tô.
| THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐIỆN | |
| Tloại | C60W-2R7-5000 |
| Điện áp định mứcVR | 2.7V |
| Điện áp đột biếnVS1 | 2,85V |
| Điện dung định mức C2 | 5000 độ F |
| Dung sai điện dung3 | -0%/+20% |
| ESR2 | ≤0,25mΩ |
| Dòng rò rỉTÔIL4 | <9 mA |
| Tỷ lệ tự xuất viện 5 | <20% |
| Dòng điện không đổi tối đa IMCC(ΔT = 15°C)6 | 136A |
| Dòng điện tối đaITối đa7 | 3.0 kA |
| Ngắn mạchTÔIS8 | 10,8 kA |
| Đã lưu trữ Năng lượngE9 | 5,1 Wh |
| Mật độ năng lượngEd 10 | 9,9 Wh/kg |
| Mật độ năng lượng hữu íchPd11 | 6,8 kW/kg |
| Công suất trở kháng phù hợpPdMax12 | 14.2kW/kg |
Bảng 1. Thông số kỹ thuật điện cơ bản của cell EDLC GMCC 2.7V 5000F.
Để xác định điện áp định mức của một siêu tụ điện, cell siêu tụ phải đáp ứng một số điều kiện nhất định. Một tiêu chuẩn đã được thiết lập trong ngành công nghiệp trong những năm gần đây. Khi được giữ ở nhiệt độ hoạt động tối đa (65oC đối với hầu hết các siêu tụ điện) và điện áp định mức, cell siêu tụ phải đạt được tuổi thọ xác định trong khi vẫn nằm trong tiêu chí kết thúc vòng đời đã được xác định. Tuổi thọ được đặt ở mức 1500 giờ đối với hầu hết các nhà sản xuất siêu tụ điện và tiêu chí kết thúc vòng đời là tổn thất điện dung danh nghĩa dưới 20% và mức tăng tối đa 100% giá trị ESR đã được chỉ định. Hình 2 cho thấy siêu tụ điện GMCC 5000F có thể đáp ứng các điều kiện này.
Hình 2. Sự biến thiên của điện dung (đường cong bên trái) và ESR (đường cong bên phải) của siêu tụ điện GMCC 5000F được giữ ở nhiệt độ 65 oC và điện áp 2,7 V.
Tương lai
Chúng tôi tin rằng các hoạt động nghiên cứu và phát triển chuyên sâu, có định hướng mục tiêu sẽ cho phép chúng tôi tiếp tục cải thiện hiệu suất tổng thể của pin, đặc biệt là điện áp pin. Dựa trên các kết quả thí nghiệm hiện tại, chúng tôi kỳ vọng mức điện áp pin tiếp theo sẽ đạt được trong tương lai gần. Điều này sẽ cho phép chúng tôi tăng mật độ năng lượng và công suất của siêu tụ điện GMCC và do đó bắt kịp xu hướng hướng tới các giải pháp lưu trữ năng lượng ngày càng nhỏ gọn và mạnh mẽ hơn.
Thời gian đăng bài: 09/10/2023